Zwei eng verwandte molekulare Mechanismen schützen Pflanzen bei Überschwemmungen und steuern temperaturabhängig den Blühbeginn. Wenn es kalt ist, reagiert die Pflanze entsprechend. Aber woher wissen Pflanzen, nach einer längeren Kälteperiode, dass die einsetzende Wärme den Frühling bringt und mit der Blütenbildung begonnen werden muss?
Das Team untersuchte dazu die sogenannten "Polycomb group Proteine" (PcP) bei der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Diese Proteine steuern die Entwicklungsprozesse in Eukaryoten und bilden dazu Komplexe aus mehreren Proteinen, die die Expression bestimmter Gene stilllegen. Genau das bewirkt der PcP-Komplex PRC2 bei dem Gen "flowering locus c, dass die Blütenbildung bei Pflanzen verhindert.
Unter Pflanzenforschern gibt es schon länger die Vermutung, dass PRC2 an der Vernalisation (der Blühbeginn einer Pflanze nach einer längeren Kälteperiode) beteiligt ist. Unklar war, wie PRC2 zum richtigen Zeitpunkt aktiv wird. Pflanzen haben unterschiedliche Varianten der Untereinheiten von PRC2, die an der Vernalisation beteiligt ist, die Variante mit der Untereinheit Vernalization 2 (VRN 2). Mit Hilfe von Mutanten (durch eine Mutation hervorgerufenes, genetisch verändertes Lebewesen) könnten Forscher feststellen, dass VRN2 zwar kontinuierlich gebildet wird, aber instabil ist. Aufgrund seiner N-terminalen Aminosäure wird es schnell von Enzymen zersetzt, der Abbau verzögert sich aber wenn die Pflanze Kälte ausgesetzt ist.
Bei Wärme instabil
Wenn VRN2 nicht benötigt wird, wird es abgebaut. Unter den richtigen Umständen häuft es sich aber. Ist es kalt, bleibt VRN2 stabil und hemmt die Blütenbildung und bei Wärme wird der Proteinkomplex PRC2 inaktiv und es kommt zur Blüte. Durch die ähnliche Reaktion auf Kälte und Überflutung, hat das Forscherteam mittels Sequenzierungsmethode RNA-seg. das Transkriptom für beide Fälle verglichen. Ein Fünftel der bei Überflutung hochregulierten Gene wurde bei längeren Kälteperioden verstärkt exprimiert. Unter anaeroben Bedingungen haben viele dieser Gene essenzielle Aufgaben. Es können molekularbiologische Zusammenhänge zwischen beiden Regulationswegen aufgezeigt werden.
Es lässt sich vermuten, dass Kälte Bedingungen auslöst, die alle Substrate stabilisieren und deren Abbau durch die Aminosäure Cystein initiiert wird. VRN2 nehmen auch ERFVII-Proteine auf, die die Reaktion auf anaerobe Bedingungen in Gang setzen. Die Ähnlichkeit könnte auch darin begründet sein, dass sowohl Kälte als auch Überschwemmung einen Stressfaktor für die Pflanze darstellt.
Nur bei Blütenpflanzen
Forscher vermuten, dass sich Pflanzen so schneller und flexibler an Umweltveränderungen angepasst können, da sie ja nicht ausweichen können. Phylogenetische und biochemische Analysen weisen darauf hin, dass sich dieses System speziell bei Blütenpflanzen entwickelt hat und dies schon sehr früh, in der Evolution der Bedecktsamer. Durch die Untersuchungen sind weitere Forschungsfragen entstanden- wie erhöht Kälte die Stabilität von VRN2 und warum ist die Reaktion bei Überflutungssituationen so ähnlich? Vielleicht können Pflanzenzüchter in Zukunft dieses Wissen nutzen um Pflanzen an die unterschiedlichen Umweltbedingungen anzupassen.
Quelle: pflanzenforschung.de
